Спосіб нарізування упорного різьблення - баттресс - на кінцевих ділянках обсадних труб і сполучних
Власники патенту UA 2301726:
Винахід відноситься до галузі трубопрокатного виробництва, обробки безшовних гарячекатаних обсадних труб. Спосіб включає нарізання завзятого різьблення з кроком, рівним 5,08 мм за чотири проходи. Для зниження або повного виключення саморозкручування великовантажних колон при збереженні моментів, що крутять, при з'єднанні труб з муфтами і підвищеної герметичності різьбового з'єднання нарізку різьблення на трубах і муфтах проводять з різною шорсткістю поверхні сторін різьблення. При цьому вершину, западину і провідну сторону різьблення труб і муфт виконують з шорсткістю поверхні Ra не більше 3,2 мкм, а протилежний бік різьблення труб і муфт з шорсткістю Ra=10-15 мкм. 1 іл.
Винахід відноситься до трубопрокатного виробництва, зокрема до способу нарізування упорного різьблення "БАТТРЕС" на кінцевих ділянках обсадних труб і з'єднувальних муфт при виробництві їх способом гарячої прокатки на трубопрокатних установках з автоматичними та пілігримовими станами, і може бути використане при виробництві безшовних гарячок ГОСТ 632-80, ТУ14-3-1575-87, ГОСТ Р 51906-2002 та API 5CT-2001 (сьоме видання) і, зокрема, обсадних труб діаметром 245, 273, 299, 324, 340, 75, 426 мм з товщинами стінок від 7,9 до 12 мм на трубопрокатній установці 8-16" з пілігримовими станами з наступним нарізанням упорного різьблення "БАТТРЕС" на кінцевих ділянках обсадних труб і сполучних муфт у звичайному та холодостійкому виконанні.
У трубному виробництві України відомі способи виробництва обсадних сталевих безшовних труб з трикутним різьбленням діаметрами 114, 127, 140, 146, 168, 178,194, 219, 245, 273, 299, 324, 340, 351, 377, 426, 473 і 508 мм з товщинами стінок від 5,2 до 16,7 мм, з трапецеїдальним різьбленням (ОТТМ), яка відповідає терміну (buttress) у стандартах ІСО та API 5CT, діаметром від 114 до 340 мм з товщинами стінок від 5,2 до 15,4 мм та високо герметичними з'єднаннями (ОТТГ) діаметром від 114 до 273 мм з товщинами стінок від 5,2 до 16 ,5 мм груп міцності від Д до Т з шорсткістю поверхні різьблення Ra не більше 5,0 мкм, які виробляються на трубопрокатних агрегатах з автоматичними станами (114-245) мм та на трубопрокатних агрегатах з пілігримовими станами (219-426) мм (ГОСТ 632 - 80. Труби обсадні та муфти до них.
Недоліком даних способів є те, що ГОСТ 632-80 і ТУ 14-3-1575-88 не передбачають випуск труб діаметром більше 340 мм з наполегливим різьбленням типу "БАТТРЕС" не тільки в холодостійкому виконанні, а й у звичайному виконанні, які не витримують надлишковий тиск і не може працювати в північних районах України. Колони з таких труб не витримують власну вагу, схильні до урвищ і саморозкручування, що призводить до аварій і втрат колони, що обірвалася, тобто. труб та свердловин. ГОСТ 632-80 поширюється на сталеві безшовні труби з трикутним і трапецеїдальним різьбленням і муфти до них, труби з високо герметичними з'єднаннями і муфти до них, а також безмуфтові розтрубні труби, застосовувані для кріплення нафтових і газових свердловин8 -73 Rz трохи більше 20 мкм (Ra трохи більше 5,0 мкм).
Недоліком даного способу є те, що він при підвищеній герметичності різьбового з'єднання також не гарантує саморозкручування (обривів) великовантажних колон (глибиноюпонад 500 м).
Найбільш близьким українським технічним рішенням є спосіб нарізування наполегливої різьби "БАТТРЕС" на кінцевих ділянках обсадних труб і з'єднувальних муфт, що включає нарізання завзятої різьби "БАТТРЕС" з кроком, рівним 5,08 мм за чотири проходи з шорсткістю поверхні Ra не більше 3,2 м. , (Нафтова та газова промисловості - Сталеві труби для виконання в якості обсадних та насосно-компресорних труб для свердловин) та стандарт на різьбові з'єднання обсадних, насосно-компресорних труб та труб трубопроводів діаметром 114,3, 127,0, 139,7, 146 ,1, 177,8,193,7, 219,1, 244,5, 273,0, 298,4, 323,9, 339,7, 406,4, 473,1 і 508,0 мм, що застосовуються в нафтовій та газової промисловості (ГОСТ Р 51906 – 2002. З'єднання різьбові обсадних, насосно-компресорних труб та трубопроводів та різьбові калібри для них. Загальні технічні вимоги).
Однак відомий спосіб має недоліки. Спосіб нарізування наполегливої різьби "БАТТРЕС" на кінцевих ділянках обсадних труб і з'єднувальних муфт з шорсткістю поверхні різьби Ra не більше 3,2 мкм призводить до кращих умов нагвинчування сполучних муфт на труби (зниження крутного моменту при накрутці муфт) не вирішує питання саморозкручування (обривів) важких колон при бурінні та обсадженні свердловин.
Завданням запропонованого способу нарізання наполегливої різьби "БАТТРЕСС" на кінцевих ділянках обсадних труб і з'єднувальних муфт є зниження або повне виключення саморозкручування (обривів) великовантажних колон при збереженні крутних моментів при з'єднанні (нагвинчуванні) труб з муфтами і підвищеної герметичності резьби.
Технічний результат досягається тим, що у відомому способі нарізування наполегливої різьби "БАТТРЕС" накінцевих ділянках обсадних труб і з'єднувальних муфт, що включає нарізання завзятої різьби "БАТТРЕС" з кроком, рівним 5,08 мм за чотири проходи, нарізку різьблення на трубах і муфтах виробляють з різною шорсткістю поверхні сторін різьблення, при цьому вершину, западину та провідну труб і муфт виконують з шорсткістю поверхні Ra не більше 3,2 мкм, а протилежний бік різьблення труб і муфт з шорсткістю Ra=10-15 мкм.
Сутність способу полягає в тому, що пропонується технологічний процес нарізування упорного різьблення "БАТТРЕС" на кінцевих ділянках обсадних труб і з'єднувальних муфт з різною шорсткістю поверхні сторін різьблення, відсутній в американському стандарті API 5CT і українських ГОСТах і дозволяє при збереженні хорошого з'єднання і підвищеної значно знизити або повністю виключити мимовільне роз'єднання (обриви) великовантажних колон за рахунок збільшення коефіцієнта тертя в різьбовому з'єднанні при розгвинчуванні обсадних труб і сполучних муфт.
Збільшення шорсткості поверхні протилежних сторін різьблення труб і з'єднувальних муфт, по ходу нарізки в 3-5 разів, в порівнянні з западинами, вершинами і сторонами труб і муфт по ходу нарізки, не впливає на технологічний процес нагвинчування муфт на кінцеві ділянки труб (зусилля з'єднання з трубами) та їх герметичність, т.к. три елементи різьблення, а саме вершини, западини та сторони різьблення, знаходяться у поєднанні з чистотою обробки їх (шорсткістю) Ra не більше 3,2 мкм, сторони гвинтового з'єднання, що перешкоджають роз'єднанню (обриву), виконані з шорсткістю поверхні в 3-5 разів вище, тобто. за рахунок збільшення тертя між ними знижується або повністю виключається мимовільне розгвинчування (обрив) при підвищених навантаженняхобсадних колон. Взаємозв'язок між елементами різьблення "БАТТРЕС" обсадної труби та муфти наведено на кресленні (див. фіг.), де
1 - сторона різьблення труби (муфти) з шорсткістю поверхні Ra не більше 3,2 мкм; 2, (3) - западина різьблення на трубі - вершина різьблення на муфті (вершина різьблення на трубі - западина різьблення на муфті) з шорсткістю поверхні Ra не більше 3,2 мкм; 4 - сторона різьблення труби (муфти) з шорсткістю поверхні Rа = 10-15 мкм.
Порівняльний аналіз з прототипом показує, що спосіб нарізування наполегливої різьби "БАТТРЕС" на кінцевих ділянках обсадних труб і сполучних муфт відрізняється тим, що нарізку різьблення на трубах і муфтах виробляють з різною шорсткістю поверхні сторін різьблення, при цьому вершину, западину та провідну і муфт виконують з шорсткістю поверхні Ra не більше 3,2 мкм, а протилежний бік різьблення труб і муфт з шорсткістю Ra = 10-15 мкм. Таким чином, заявляється спосіб відповідає критерію винаходу "винахідницький рівень".
Порівняння заявляється способу не тільки з прототипом, але і з іншими технічними рішеннями в даній галузі техніки не дозволило виявити в них ознаки, що відрізняють спосіб, що заявляється від прототипу, що відповідає патентоспроможності "винахідницький рівень".
Запропонований спосіб був випробуваний на трубопрокатній установці 8-16" з пілігримовими станами ВАТ "ЧТПЗ". За цим способом були вперше в 2004 р. прокатано дослідно-промислові партії обсадних труб розміром 426×11 мм і муфтових труб розміром 454×24 мм зі сталі групи міцності К. На кінцевих ділянках труб і з'єднувальних муфт було нарізано упорне різьблення "БАТТРЕС" за існуючим і пропонованим способом.способами: 1 - після нарізки різьблення за існуючим способом шорсткість протилежної сторони різьблення по ходу нарізки доводилася бормашинкою Ra=10-15 мкм; 2 - стороні гребінки, що нарізує бік різьблення проти ходу нарізки, надавали шорсткість Ra=10-15 мкм, а потім такими гребінцями нарізали різьблення на трубах і муфтах. У дослідному порядку було нарізано по 10 труб і муфт за кожним варіантом, тобто за існуючим способом 10 труб і муфт і пропонованим способом по 10 труб і муфт. Накрутку муфт на труби виробляли на верстаті з моментом, що крутить, від 35 до 40 кН·м (3500-4000 кгс·м) для труб даного розміру і з застосуванням несамотвердних мастил. Після накрутки муфт труби пройшли гідравлічне випробування при тиску 17 МПа (177 кгс/см 2 ) з витримкою протягом 10 секунд. Усі труби витримали випробування без течі. Після гідравлічного випробування з п'яти труб кожної партії було звинчено муфти. При згвинчуванні муфт із труб з нарізкою різьблення за існуючим способом крутний момент становив від 38 до 45 кН·м (пор.41,5). При згвинчуванні муфт з труб, нарізаних за пропонованим способом (варіант 1), момент, що крутить, склав від 57 до 63 кН·м (ср.60,0), а за варіантом 2 - від 60 до 65 кН·м (ср.62, 5), тобто. у першому випадку для розкручування дослідних труб момент, що крутить, зріс на 44,6%, а в другому випадку на 50,6%. Запропонований спосіб нарізування наполегливої різьблення "БАТТРЕС" на кінцевих ділянках обсадних труб і з'єднувальних муфт дозволяє збільшити момент розкручування труб і муфт в 1,5 рази, тобто. збільшити надійність колон від саморозкручування (обривів) у 1,5 рази. По п'ять труб кожного варіанта відвантажені замовнику ВАТ ВНДІТнафта для стендових випробувань та використання їх у нижній частині обсадних колон.
Таким чином, вперше у світовій практиці в дослідному порядку проведена прокатка наТПА 8-16» обсадних труб розміром 426×11 мм і муфтових труб розміром 454×24 мм з наступним нарізанням упорного різьблення "БАТТРЕС" на кінцевих ділянках обсадних труб і з'єднувальних муфт відповідно до запропонованої формули винаходу. Експерименти з накрутки і розкручування труб і муфт, виготовлених за пропонованим способом, показали, що використання способу нарізання наполегливої різьби "БАТТРЕС" на кінцевих ділянках обсадних труб і сполучних муфт, відповідно до запропонованої формули винаходу, дозволить підвищити надійність обсадних колон в 1,5 рази, що також дозволить використовувати їх як кондуктори довжиною до 500 м, а в окремих випадках як технічні колони довжиною до 1000 м і більше.
Використання запропонованого способу нарізання наполегливої різьби "БАТТРЕС" на кінцевих ділянках обсадних труб і сполучних муфт дозволить освоїти виробництво необхідних труб для нафтової та газової промисловості України та знизити кількість аварій на бурових через використання труб з більш надійними різьбовими з'єднаннями від саморозкручування.
Спосіб нарізування упорного різьблення «БАТТРЕСС» на кінцевих ділянках обсадних труб і з'єднувальних муфт, що включає нарізання упорного різьблення "БАТТРЕСС" з кроком, рівним 5,08 мм за чотири проходи, який відрізняється тим, що нарізування різьблення на трубах і муфтах виробляють різну поверхню. сторін різьблення, при цьому вершину, западину і провідну сторону різьблення труб і муфт виконують з шорсткістю поверхні Ra не більше 3,2 мкм, а протилежний бік різьблення труб і муфт з шорсткістю Ra=10-15 мкм.